河南向荣石油化工有限公司
  • 联系人:陈经理
  • 电 话:0393-8917369
  • 邮箱:xrchem@163.com
  • 传真:0393-8917369

加氢石油树脂的玻璃化转变温度调控机制研究

发表时间:2025-12-09

加氢石油树脂的玻璃化转变温度(Tg)调控核心是通过改变分子链的运动能力实现,而加氢过程中的加氢程度、反应工艺参数,以及催化剂选型等,会通过影响树脂分子结构(如饱和度、分子量及分布等)来改变链段运动难度,进而实现Tg的精准调控,以下是具体机制分析:

通过加氢程度调控分子饱和度,核心影响链段柔顺性

这是调控加氢石油树脂Tg的核心机制。石油树脂(如C5C9DCPD型)分子中含大量碳碳双键、芳环等不饱和结构,这些结构会增大分子链刚性,限制链段内旋转,使未加氢树脂的Tg维持在特定区间。而加氢程度直接决定这些不饱和结构的饱和程度,进而改变链段柔顺性:

低加氢程度:仅部分双键和少量芳环被饱和,分子链仍保留较多刚性结构,链段运动受阻明显,此时树脂的Tg与未加氢树脂差异较小,例如C9石油树脂未加氢时Tg40-90℃,低加氢后其Tg可能仅下降5-10℃,仍能维持一定刚性。

中高加氢程度:随着加氢程度提升,大量双键、芳环转化为饱和结构,分子链刚性减弱,柔顺性显著增强,链段更易克服位垒进行协同运动,Tg会持续降低。像全加氢C5石油树脂,因分子饱和度接近100%,其Tg相较于未加氢产品大幅下降,常温下具备良好柔韧性,适配对材料柔性要求高的共混场景。

过度加氢:若加氢程度过高,可能引发少量分子链降解或交联副反应。若出现轻微降解,小分子链占比增加,链段运动更易,Tg会进一步小幅降低;若发生交联,分子链间形成化学键连接,限制链段运动,可能导致Tg反向小幅上升。

通过反应工艺参数调控分子量及分布,间接影响Tg

加氢反应的温度、压力、空速等工艺参数,会通过影响树脂分子的降解与聚合副反应,改变分子量及分布,而根据Fox-Flory方程,分子量与Tg密切相关,进而实现Tg调控:

反应温度:温度是关键调控参数。在200-250℃的适宜区间内,升温可促进加氢反应进行,提升加氢效率,使树脂饱和度增加,同时避免明显降解,分子量分布较窄,Tg随温度升高平稳下降;当温度超过280℃,易引发大分子链降解,生成更多小分子片段,这些小分子使链段运动阻力大幅降低,导致Tg急剧下降。如C5石油树脂在温度超过280℃后,软化点持续降低,而Tg也会随分子量下降同步降低。

反应压力:压力通过影响加氢反应的充分性间接调控Tg。低压时加氢反应不彻底,树脂饱和度低,且分子量无明显变化,Tg较高;加压可推动氢气与树脂分子充分接触,提升氢化率,同时抑制分子链降解,分子量保持稳定,Tg随压力升高逐步下降并趋于平缓,例如C5石油树脂加氢时,压力升高初期氢化率和软化点同步升高,色度下降,Tg随之平稳降低,当压力达到临界值后,Tg基本稳定。

空速:低空速下,树脂与氢气、催化剂接触时间长,加氢更充分,饱和度高且分子量分布均匀,Tg较低;高空速时,接触时间不足,加氢反应不完全,树脂中残留较多不饱和结构,分子量波动小,Tg则相对较高。如C9树脂两段加氢工艺中,控制适宜空速可使溴价小于1.0gBr/100gTg稳定在目标区间,若空速过高,加氢不彻底会导致Tg偏高。

通过催化剂选型与改性,调控反应选择性以稳定Tg

催化剂的类型、活性及改性方式,会影响加氢反应的选择性和副反应发生率,进而通过控制分子结构稳定性实现Tg的精准调控:

催化剂类型:不同催化剂的反应条件和选择性差异显著。Pd系催化剂在210-250℃的较低温度下即可高效加氢,树脂降解程度低,分子量和Tg稳定,如Pd/AlO₃催化剂可使C5树脂加氢后Tg平稳降至目标值;而Ni (Co) Mo (W) S等硫化态催化剂需260-330℃的高温,易引发树脂轻微裂解,使Tg略低于Pd系催化剂产物;Ni系催化剂若金属负载量过高(15wt%-40wt%),会堵塞载体孔道,降低催化活性,加氢不完全,导致Tg偏高。

催化剂改性:通过金属掺杂或载体优化可改善催化性能,稳定Tg,例如Pd-Pt双金属催化剂相较于单一Pd催化剂,加氢效果更优,所得树脂软化点和热稳定性最优,Tg也更稳定;在Pd催化剂中掺杂钙、镁等碱土金属助剂,可将C5树脂加氢率从94.1%提升至99.6%,树脂分子量稳定,Tg调控精度大幅提高;而以SiO₂为载体的Ni催化剂,相较于AlO₃载体,能减少树脂裂解,避免Tg因分子量下降过度波动。

辅助工艺:共聚与后处理微调Tg

除核心加氢工艺外,还可通过共聚改性和后处理工艺对Tg进行微调:

共聚协同加氢:将不同类型石油树脂单体共聚后再加氢,可结合两种单体的结构优势调控Tg。如C5/C9共聚树脂加氢时,可通过调整C5C9单体的比例,使共聚物的Tg介于氢化C5和氢化C9树脂之间,适配不同场景需求,这符合无规共聚物的Fox方程规律。

后处理工艺修正:加氢后的树脂若存在少量小分子杂质,会降低Tg,通过精馏等后处理手段去除杂质,可使Tg回升至稳定值;此外,对加氢树脂进行轻度热处理,可消除内应力,使分子链排列更规整,减少链段运动的无序阻力,让Tg保持稳定,避免后续使用中因结构松弛导致Tg波动。

本文来源:河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/